基于实际蒸散量修订标准化降水蒸散干旱指数研究

为改进SPEI在农业干旱监测中的效果,从水分平衡的角度提出了一种修订的标准化降水蒸散指数(MSPEI).该指数通过计算降水与实际蒸散量的差值,并基于最长连续干旱时间对差值进行自适应修正,采用目视检查概率拟合曲线与Kolmogorov-Smirnov检验2种方法选择适宜分布函数,最后进行标准化转换生成干旱指数.干旱指数有效性检验表明:MSPEI能够准确反映不同季节间干湿状态的差异,在湿润比例低于20%的春季,MSPEI均低于-0.5;在反映干旱趋势时,MSPEI与SPEI具有高度一致性;MSPEI与植被指数具有稳定且较高的相关性,在0.57~0.78之间;在典型干旱过程监测中,MSPEI对旱灾发生、发展和解除过程的描述更符合实际.MSPEI适应于不同气候背景,无需选择时间尺度,即可较准确地反映农业干旱演化过程.

单源能量平衡模型反演灌溉牧草场实际蒸散量及其时空特征分析

水资源短缺是制约干旱地区经济发展的重要因素,所以探究干旱地区生长季人工灌溉牧草实际蒸散量时空变化规律非常必要。本研究使用2013~2021年Landsat-8OIL影像基于pySEBAL模型结合气象站数据反演锡林浩特市沃原奶牛场种植基地人工灌溉牧草实际蒸散量。结果表明:由于人工灌溉牧草水分充足,该区域实际蒸散量较高,介于0~10 mm/d、50~200 mm/m之间。研究区牧草生长季(5~9月)实际蒸散量变化规律整体呈“单峰型”,其中峰值日为2014年7月25日(5.46 mm/d),峰值月为7月(155.71 mm/m),种植区界限随牧草蒸散量升高而清晰。此外,实际蒸散量变化规律与降水频率和降水量也有很好的相关性。模型反演所得实际蒸散量与FAO Penman-Monteith算法结果比较(R2 = 0.7504、RMSE = 1.2575 mm/d、MRE = 0.9366 mm/d),模型整体精度较高,能够较为准确地反映该区牧草实际蒸散情况。反演结果基本符合实际情况,可以为人工灌溉牧草用水管理提供方案,为政府合理政策制定提供依据。

三种通过常规气象变量估算实际蒸散量模型的适用性比较

为了分析比较3种通过常规气象变量估算实际蒸散量模型的适用性,采用无量纲化分析方法将基于互补相关理论的平流-干旱(简称AA模型)模型和Granger模型与Katerji和Perrier提出的通过气象变量确定表面阻力进而直接估算实际蒸散量的Penman-Monteith(P-M-Katerji)模型转化为类似的可比形式,即将实际蒸散量与Penman潜在蒸散量之比(蒸散比)表示为Penman潜在蒸散量中辐射项所占比例的函数。3种模型分别采用不同的函数形式,通过对函数特性的分析发现,AA模型适用于既不非常干燥和也不非常湿润的环境,计算的实际蒸散量在干燥的环境下偏小,而在湿润的环境下偏大;Granger模型在蒸散比变化范围较大都适用,并且在一般湿润状况下与AA模型近似等价;P-M-Katerji模型在蒸散比变化范围较大时模拟效果不好。通过干旱(黑河试验沙漠与戈壁站)与湿润(淮河试验安徽寿县站)两种状况下的实测数据的对比分析验证了理论分析的正确性。

西部部分地区农田实际蒸散量分布特征

利用我国西部五省16个农业气象站9年的土壤湿度资料,采用土壤水分平衡法估算了农田实际蒸散量,结合干燥度的计算,分析了时间和空间上的分布特点。结果表明:各地农田实际蒸散量与降水量的变化基本一致:从东南向西北随着干燥度的上升(降水量的减少),农田实际蒸散量逐步增加,其超过降水量的部分逐步增大,说明西部地区农田实际蒸散量的大小与灌溉及降水量密切相关。

几种实际蒸散计算方法在土壤水分模拟中的应用

在田间试验的基础上 ,将较为常用的Penman和Priestley Taylor参考蒸散模式的修正模型、实际蒸散模式中常用的密集植被状况下的Penman Menteith模式和稀疏植被状况下的Shuttleworth Wallace模式计算的玉米蒸散结果进行比较 ,并利用不同气候年型的土壤水分观测资料对土壤水分变化进行模拟 ,发现干燥年型几种蒸散模型的模拟效果均好于湿润年型 ,尤其是动力模型。在湿润年份Penman修正模型的模拟效果好于Priestley Taylor修正模型 ;在干燥年份玉米旺盛生长季Shuttleworth Wallace模式的拟合效果好于Penman Menteith模式 ;但在湿润年份Penman Menteith模式在叶面积较大时模拟效果较好。相对而言 ,参考蒸散修正模型中含有土壤水分参数 ,对土壤水分变化的模拟较为稳定 ,动力模型中含有参数较多 ,并非全部实测 ,因而在玉米生长量较小、表面干湿状况变化较大时模拟的稳定性较差。模拟结果表明 ,使用环境要素模拟土壤水分变化在一定时间长度内效果较好 ,时间过长可造成较大的累积误差。

以黄淮海为例研究农田实际蒸散量

以田间实验资料为基础 ,建立农田蒸散量和土壤相对含水量与潜在蒸散的函数关系。利用这种函数关系 ,计算黄淮海地区 ,在自然条件下农田蒸散量的变化。结果表明 ,黄淮海农田蒸散量的年变化呈双峰型 ,第一峰值出现在冬小麦抽穗开花期 ,第二高峰出现在夏玉米抽雄开花期。农田蒸散的区域分布趋势与自然降水分布相一致 ,在量值上约等于降水量的 84%

若尔盖高原实际蒸散量变化规律研究

蒸散发是若尔盖高原湿地重要的水文过程,但目前缺乏对若尔盖地区实际蒸散发量的相关研究结果。为计算若尔盖高原实际蒸散量,利用1967—2011年若尔盖高原地区红原、玛曲和若尔盖3个地面气象站的逐日气象资料,应用FAO56推荐的Penman-Monteith(P-M)公式,依据单作物系数法计算若尔盖地区实际蒸散量,利用累积距平、Mann-Kendall趋势检验、回归分析等方法分析其变化规律。结果表明,草地蒸散量是若尔盖高原实际蒸散量的主要构成部分,草地蒸散量达362.3mm·a-1,占74.28%。湿地蒸散量为116.6 mm·a-1,占23.85%;近45年来若尔盖高原3个气象站的ET_c显著相关,ET_c平均值为488.6 mm·a^(-1)。ET_c的变化并不明显,呈缓慢增加趋势,绝对变率为12.75 mm,相对变率为2.62%。若尔盖高原ET_c变化与植被生长周期密切相关,高强度蒸散过程集中在短暂的夏季,7月份平均值达3.73 mm·d^(-1)。4、10月份气温低于0℃,ET_c为1.5~2.0 mm·d^(-1);通过回归分析得出ET_c与气象因子间的关系式,相关系数r>0.9,P<0.05,相对误差均低于0.6%;年ET_c与年均气温相关性达到0.01的显著性水平,年ET_c与年降水量、相对湿度呈负相关性;1968—1971年ET_c增加36.09 mm,相对降水量增加5.82%;1971—1981、1981—2005年ET_c分别减少12.22 mm和16.34 mm;2005—2011年ET_c增加41.75 mm,相对降水量增加6.41%。该地区水文过程中蒸散发相对于水分补给变化较小。

白洋淀流域潜在蒸散量与实际蒸散量变化分析

基于Penman-Monteith公式和Budyko假设,利用白洋淀流域1960年-2011年的气象、水文资料,计算分析了该流域潜在蒸散量与实际蒸散量的长期变化趋势,并初步分析了实际蒸散量变化与降水变化、潜在蒸散量变化的关系。结果表明:过去52年白洋淀流域潜在蒸散量和实际蒸散量分别以10.3mm/(10a)和11.6mm/(10a)的速度呈下降趋势;年代际变化分析表明,潜在蒸散量的下降趋势在不同年代际间具有持续性,而实际蒸散量则表现为波动下降,其波动性受降水波动的影响,年实际蒸散量的变化与年降水的变化呈正相关关系(R2=0.99),与潜在蒸散量的变化呈负相关关系(R2=0.37),即降水量的变化对实际蒸散量的变化起主要控制作用。

农林复合系统中农田实际蒸散及可能蒸散的研究

应用微气象学方法讨论了农林复合系统(简称"系统")中,作物蒸腾、实际蒸散及可能蒸散的一些特点。指出"系统"中林网内与梨麦间作地的小麦实际蒸散分别较旷野小5.3%及14.9%,可能蒸散分别较旷野小3.8%与14.6%。"系统"的这种水分效应以白天10～14时最明显。还分析了"系统"对水分利用效率(WUE)的影响,指出"系统"内林网保护下的农田 WUE的提高与作物生理功能的改善和光合速率的增强有关。

全国二级流域实际蒸散分布式模型

[目的]研究全国二级流域实际蒸散分布式模型,为估算流域实际蒸散提供可靠的依据。[方法]基于研究区1956—1979年的水文、气象数据,运用水量平衡方程和蒸散互补相关理论,提出了改进的流域实际蒸散的通用模型。[结果](1)全国二级流域多年平均实际蒸散发量的空间总体分布具有明显的地带性特征;(2)湿润区和半湿润区的流域实际蒸散与可能蒸散的趋势线有明显的闭合趋势,干旱区和半干旱区流域的实际蒸散与可能蒸散的趋势线之间距离较大,但仍呈现闭合趋势;(3)全国77个二级流域实际蒸散通用模型的模拟误差均在10%以内。[结论]不同二级流域实际蒸散与可能蒸散的互补关系明显存在,改进的通用模型提高了估算流域实际蒸散的精度。

雅鲁藏布江流域实际蒸散量时空分布分析

本文以雅鲁藏布江流域为研究对象,探讨气候变化背景下实际蒸散量的时空变化特征,为水资源的合理开发利用提供科学依据.利用雅鲁藏布江流域1981~2013年的逐日气象资料,应用平流-干旱（AA）模型,在VB平台中[1],计算逐日实际蒸散量,并针对月、季、年不同尺度分析了实际蒸散量-时间变化规律以及不同季节和年实际蒸散量的空间分布.结果表明：雅鲁藏布江流域实际蒸散量年内变化呈单峰型,1~7月逐月增加,于7月份达到最大值,而后逐月减少,至12月达到最低值.流域多年平均蒸散量在713~923mm之间,中游地区蒸散量最大,下游地区蒸散量最小.流域实际蒸散量总体呈现增大趋势,变化率为8.97/（10a）.

淮北平原实际蒸散量计算及时空分布特征分析

为了解淮北平原实际蒸散量的时空变化特征,利用Bouchet互补关系理论计算淮北平原1997～2013年逐月实际蒸散量,并与水量平衡方程计算结果进行比较,对Bouchet互补关系理论参数进行修正。根据修正后的Bouchet互补关系理论计算淮北平原1955～2013年实际蒸散量,并分析其时空变化特征及影响因素。结果表明,淮北平原实际蒸散量与潜在蒸散量存在明显的互补关系;多年平均实际蒸散量为632.4mm/a,年实际蒸散量在1955～2013年以15.8mm/10a的速率下降,其中夏季实际蒸散量的下降贡献最大;年均和季节实际蒸散量在空间分布上差异不大,其主要影响因素为日平均气温、日照时数和实际水汽压。

牧压梯度下高寒草甸实际蒸散量及植物生产水分有效利用率的研究

以青海海北高寒草甸为研究对象,分析了禁牧(对照,CK)、轻度放牧(light grazing,LG)、中度放牧(moderate grazing,MG)、重度放牧(heavy grazing,HG)试验地土壤贮水量和利用水量平衡法计算的植被实际蒸散量动态变化,并对不同牧压梯度下高寒草甸的水分有效利用率进行了比较。结果表明,牧压梯度下土壤贮水量在生长季的变化特征基本一致,表现为5月、6月高,7月低,8月以后缓慢升高。5月8日到9月28日0~50 cm土层平均土壤贮水量为CK>HG>LG>MG,分别为(222.82±7.07),(199.71±4.52),(189.00±4.37)和(187.69±3.93)mm,表明放牧使土壤贮水量减小,统计分析表明,禁牧与放牧地之间贮水量差异达极显著水平(P<0.01)。不同牧压梯度上高寒草甸植被实际蒸散量在生长季的变化特征基本一致,表现出5月低,6月开始升高,7月蒸散量达最大,以后逐步下降;整个生长季CK、HG蒸散量较高,LG、MG蒸散量较低,分别为(389.37±3.39)、(355.74±5.54)、(350.17±8.6)3和(346.15±1.31)mm。从土壤水分亏缺来看,重牧不利于水源涵养,但禁牧亦影响水源涵养功能的提高,只有适度放牧有利于水源涵养。植被实际蒸散量与降水量呈极显著正相关关系。高寒草甸植被地上地下净初级生产力在生长季的水分有效利用率表现为LG、MG较高,HG较低,CK的水分有效利用率最低,分别为0.55%、0.56%、0.50%和0.37%,说明适度放牧能够提高植被水分有效利用率,而禁牧显著降低植被水分有效利用率。

陆面实际蒸散研究

从能量平衡方程和热传导方程出发,引进"相对蒸散"和"相对干燥力",建立了用常规气象资料估算实际蒸散的理论模式。该模式避免了计算实际蒸散需首先计算可能蒸散这一过程,从而解决了由于采用不同的"可能蒸散"估算方法带来的误差。利用近30年的水文、气象等资料,在全国选择了九个有代表性的流域。对流域年实际蒸散量的模拟结果显示,除黄河流域部分年份外,可以将陆面年实际蒸散量的估算误差控制在10%以内。

基于Budyko假设的岷江流域实际蒸散模拟研究

基于Budyko假设,采用傅抱璞模型对1980—2010年岷江流域实际蒸散进行模拟,将Mann-Kendall检验法、Pettitt突变检测法、反距离权重插值法用于分析实际蒸散的时空变化特征,以灵敏度及Pearson相关系数为指标分析了岷江流域实际蒸散的主要影响因子。结果表明,基于Budyko假设的傅抱璞模型对岷江流域实际蒸散的模拟效果较好。岷江流域多年平均实际蒸散在空间上呈自东南向西北逐渐减少的分布特征;在研究时段内,流域的多年平均实际蒸散呈显著下降趋势(通过99%置信度检验),并于1991年发生显著性突变(通过90%置信度检验)。岷江流域实际蒸散的变化是多种因素共同影响的结果,其中降雨是主要的气候影响因素。

2000-2010年中国典型陆地生态系统实际蒸散量和水分利用效率数据集

蒸散是陆地生态系统水分循环和能量平衡的关键过程,水分利用效率是反映生态系统碳水循环间耦合关系的重要指标,二者在生态学、农学、水文学、气候学等多个学科中均具有重要的应用价值。涡度相关法被认为是现今唯一能直接测量生物圈与大气间物质与能量交换通量的标准方法,已成为生态系统尺度碳水交换通量观测的主要方法。本文通过整合中国陆地生态系统通量观测联盟(ChinaFLUX)的长期观测数据和中国区域其他观测站点基于涡度相关法发表的文献数据,构建了一套中国典型陆地生态系统实际蒸散量和水分利用效率数据集。本数据集共有实际蒸散量数据记录143条、水分利用效率数据记录96条,涉及5种生态系统类型45个生态系统,时间跨度为2000–2010年。本数据集可以为陆地生态系统碳水循环、生态系统管理和评估、全球变化等相关领域的研究提供数据支持。

艾比湖绿洲实际蒸散量变化特征及与景观格局的关系

基于Budyko曲线方程计算新疆艾比湖绿洲1960—2013年实际蒸散量的年际和季节变化特征,选取研究区四期遥感影像进行土地利用/覆被分类,使用Fragstas 4.2软件计算景观格局指数,并分析实际蒸散量与景观格局指数之间的关系。结果表明:艾比湖绿洲实际蒸散量多年平均值为162.97mm,并呈上升趋势,变化速率为7.76mm·(10a)^(-1);夏季和秋季的实际蒸散量为上升趋势,春季则呈下降趋势;年实际蒸散量在1987年发生突变性增加,夏季和秋季实际蒸散量的突变年份分别为1992年和1975年,春季不存在突变点,这与降水量的突变状况一致,说明降水量的变化对实际蒸散量的变化有很大影响。四期土地利用/覆被图中荒漠占主导地位,耕地和城镇用地增长较为明显,分别增长了409.69%和704.56%。斑块类型级别上,不同地类的景观格局指数差异明显;景观级别上,各景观格局指数均为波动增加趋势。斑块类型级别上,仅有水域斑块数量NP和斑块密度PD与实际蒸散量呈显著负相关;景观级别上,实际蒸散量与最大斑块指数LPI、蔓延度指数CONTAG及景观连通性指数COHESION呈负相关,与斑块数量NP、斑块密度PD等指数呈正相关。实际蒸散量与聚集度指数AI的相关性最高,达到0.953(P<0.05);与NP和PD的相关性最低,仅为0.148。因此,AI指数在艾比湖绿洲可以较好地表征实际蒸散量的变化。

基于傅抱璞模型的岷江上游流域实际蒸散研究

基于Budyko假设,利用傅抱璞模型计算了1980-2003年间岷江上游流域的实际蒸散,采用Mann-Kendall检验法分析了实际蒸散的变化趋势,并通过敏感性分析研究了流域实际蒸散的主要影响因子。结果表明:傅抱璞模型能够较好地模拟研究区的实际蒸散。岷江上游流域1980-2003年间平均年实际蒸散为304.6mm,呈显著下降趋势(通过95%信度检验),下降速率为-0.78mm/a。四季都呈现下降趋势,其中春、夏两季在95%信度上呈现显著下降趋势。敏感性分析表明,影响岷江上游流域实际蒸散的主要气候因子是降雨量,其次是相对湿度和日照时数。

基于互补相关的乌江流域实际蒸散量分布式模拟

为了提高气候变化下估算乌江流域陆面实际蒸散量的精度,利用乌江流域气象和水文数据,在蒸散互补原理基础上建立用常规气象资料估算流域实际蒸散量的模型。模拟结果显示:该模型能将乌江流域多年平均实际蒸散量的相对误差控制在5%以内;在充分考虑地形起伏等下垫面不均匀的条件下,将估算模型中各分量的分布式模拟结果与估算模型耦合,实现了乌江流域实际蒸散量的分布式模拟;该模型更加精细地表现了流域实际蒸散量的空间变化情况,发现其在空间分布上呈显著的西高东低的分布趋势;在时间变化上,1961—2010年间乌江流域实际蒸散量在总体上表现为下降趋势,降幅为5.08 mm/(10 a),但是2000年以后实际蒸散量有较为明显的上升趋势;日照时数及相对湿度的上升是造成实际蒸散量产生以上变化的主要原因。研究结果可为水资源评价、农业气候区划制定等提供参考。

基于实际蒸散量辽西地区春玉米生物量及产量评价

为了确定辽西地区春玉米各发育阶段生长状况及最终产量的评价方法,基于2011—2015锦州农业气象试验站开展的玉米分期播种试验,利用锦州地区气象观测数据、玉米发育期数据和玉米各发育阶段地上生物量及产量数据,采用Penman-Monteith方法和数理统计方法分析锦州地区玉米不同发育阶段实际蒸散量与地上气象生物量和气象产量的相关关系,并建立玉米各发育期生长状况及最终产量评估模型。结果表明:2011—2015年锦州地区玉米各发育阶段实际蒸散量与地上气象生物量和气象产量之间的线性关系显著,播种—七叶阶段二者呈显著的相关关系(P<0.05),播种—拔节、播种—抽雄、播种—乳熟和播种—成熟阶段二者呈极显著的相关关系(P<0.01)。建立的玉米各发育期生长状况及产量评估模型的预报准确率为77.8%—94.5%。辽西地区玉米正常生长全生育期水分供应的下限为333.2 mm,其中播种—七叶、七叶—拔节、拔节—抽雄、抽雄—乳熟和乳熟—成熟阶段水分供应的下限分别为49.9 mm、23.3 mm、83.4 mm、118.9 mm、57.7 mm。玉米各发育阶段干旱对产量影响的程度由重至轻依次为:拔节—抽雄>抽雄—乳熟>七叶—拔节>播种—七叶>乳熟—成熟。本文基于玉米实际蒸散建立的辽西地区春玉米生物量及产量评估方法,可以满足农业气象产量预报服务的需求,在实际业务中具有应用价值。